三體船連接橋疲勞特性研究.pdf

1、三體船強(qiáng)度較弱、受力和變形較大的構(gòu)件是連接橋結(jié)構(gòu)。尤其在橫浪工況下，周而復(fù)始的橫向波浪動載荷在船體外板的形狀突變處以及橫艙壁連接處頻繁地產(chǎn)生交變應(yīng)力，而且這些位置的應(yīng)力集中問題較為突出，無疑構(gòu)成了這些部位結(jié)構(gòu)損傷的隱患。 本文研究的主要內(nèi)容是以疲勞評估的基本原理和基本方法為基礎(chǔ)，運(yùn)用有限元法以定性分析的方式重點(diǎn)研究了三體船連接橋結(jié)構(gòu)的疲勞特性，并探討了連接橋典型節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式，主要研究如下： (1) 闡述了船舶結(jié)構(gòu)疲勞分

2、析的理論基礎(chǔ)和基本方法，重點(diǎn)討論了基于S-N曲線法的有限元全壽命分析方法的原理、分析步驟和相應(yīng)的特點(diǎn)。 (2) 建立了三體船有限元模型，對其進(jìn)行在橫浪工況下的瞬態(tài)動力學(xué)分析，從而得出整體模型中的節(jié)點(diǎn)動力響應(yīng)結(jié)果，在此基礎(chǔ)上提取出連接橋結(jié)構(gòu)，用殼單元重新建立并細(xì)化適用于疲勞分析的有限元模型，再依據(jù)整船的節(jié)點(diǎn)動力響應(yīng)結(jié)果，運(yùn)用完全法對連接橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行瞬態(tài)動力學(xué)分析，得出連接橋有限元模型中節(jié)點(diǎn)隨時間變化的應(yīng)力曲線。 (3) 根據(jù)

3、連接橋有限元模型的瞬態(tài)動力學(xué)分析結(jié)果，選取連接橋結(jié)構(gòu)的三種典型節(jié)點(diǎn)，在MSC.Fatigue軟件中分別對三種典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞壽命分析，并以疲勞壽命為目標(biāo)提出三種典型節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化形式： 1) 針對連接橋肘板，采用曲邊肘板，通過改變肘板腹板的圓弧半徑，選取13種弧度比較不同弧度對肘板疲勞壽命的影響，并得出當(dāng)圓弧半徑與肘板邊長相等時肘板疲勞性能較優(yōu)的結(jié)論。 2) 針對連接橋所用型材，由于角鋼剖面的不對稱，因而導(dǎo)致其抗疲勞能力差，

4、而T型材沒有因為剖面不對稱度引起的面板扭曲變形，具有較強(qiáng)的抗疲勞能力。在此基礎(chǔ)上用Fortran編寫程序，搜尋與角鋼相等截面積的剖面模數(shù)最大的T型材，在沒有增加結(jié)構(gòu)重量的前提下，提高連接橋所用型材的疲勞壽命。 3) 針對連接橋濕甲板與主船體舷側(cè)外板的過渡區(qū)域，采用圓弧過渡和添加過渡肘板的兩種方案對比各自對該區(qū)域疲勞壽命的影響，得出采用過渡肘板是較佳的結(jié)構(gòu)疲勞特性優(yōu)化方式。 (4) 通過ANSYS和MSC.Fatigue兩